长输天然气管道球阀的结构特点与应用.pdf

2 0 0 8定 第 3期 管 Pi p e l i ne 设 备 Eq u i p men t 2 0 0 8 No ． 3 长输天然气管道球 阀的结构特点与应用 朱喜平 ， 郭存杰 ， 付京晶 ， 杜朝晖 1 ． 中国石油天然气管道局秦 皇岛输 油 气 公 司 ， 河北秦皇岛0 6 6 0 0 0 ； 2 ． 北 京华油天然气 有限责任公司 ， 北 京1 0 0 0 0 0 摘要 针对长输天然气管道常用的管道球阀结构进行分析和研究， 从球阀的阀体、 密封系统和注脂 系统的结构入手， 在此基础上分析和总结了球阀下游自泄放和双活塞效应的工作原理和密封特点， 提 出了天然气管道球阀在应用中应注意 的 7个 问题 。 关键词 球 阀； 结构特 点； 密封机理 中图分类号 T E 9 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 49 6 1 4 2 0 0 8 0 3 0 0 3 60 2 S t r u c t u r e Fe a t u r e a n d Ap p l i c a t i o n o f Ba l l Va l v e o f Lo n g - d i s t a n c e Ga s P i p e l i n e Z H U X i ． p i n g ， G U O C u n - j i e 。 ， F U J i n g - j i n g ， D U Z h a o h u i 1 ． Q i n h u a n g d a o Oi l Ga s T r a n s p o r t a t i o n C o mp a n y o f C P P L B， Qi n h u a n g d a o 0 6 6 0 0 0 ， C h i n a ； 2 ． B e ij i n g Hu a y o u Ga s C o r p o r a t i o n L i mi t e d， B e i j i n g 1 0 0 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t I t a n a l y z e s a n d s t u d i e s t h e s t r u c t u r e o f b a l l v a l v e wi d e l y u s e d i n g a s p i p e l i n e s ．On t h e b a s e o f the s t ru c t u r e o f b a l l b o d y a n d s e a l i n g s y s t e m a n d i n j e c t i o n s y s t e m a r e i n t r o d u c e d a n d s t u d i e d ， t h e w o r k p ri n c i p l e a n d s e a ti n g f e a t u r e o f s e l f r e l i e f s e a t s a n d d o u b l e p i s t o n e f f e c t a r e a n a l y z e d a n d s u mma ri z e d， a n d s e v e n s u g g e s t i o n s o f a p p l i c a t i o n o f p i p e l i n e b all v alv e s a r e p u t f o r w a r d ． Ke y wo r d s b all v a l v e ； s t ru c t u r e f e a t u r e ； s e ali n g me c h a n i s m 1 天然气管道球 阀的基本 结构 天然气管道用球阀主要由阀体、 阀座、 球体、 阀杆及传动装 置组成 J 。常用的天然气管道球阀主要有浮动球结构和固定 球结构两类 J 。管道球 阀的阀体主要有 4种结构 全焊接阀 体； 两段式螺栓连接阀体； 三段式螺栓连接 阀体 ； 顶装 式阀 体 。 1 ． 1 球 阀阀座套封 系统 常见的球阀阀座密封系统有固定 阀座和旋转阀座 ， 旋转阀 座的生产厂家较少， 目前常用的是 C a m e r o n 3 1型球阀。球阀阀 座密封系统如 图 1所示 。 A 一 阀压 以及 阀座软密封和穿过阀座 的细小通道 ； B 一 阀座 弹簧 ； c 一 带有止回阀的外部 注脂接 头； D 一 独立的内部止 回阀 图 1 球 阀阀座密封系统 1 ． 2 注脂接头 注脂接头是球阀上非常重要外部构件， 注脂接头主要配备 有弹簧配件和单向止回阀。通过密封注脂接头， 可向管线阀门 的密封面定期注入润滑脂 ， 实现阀门的内部维护和保养以及应 急情况下注入密封脂实现密封 ， 常用注脂接头的类型见 图2 。 收稿 日期 2 0 0 71 1 2 9 收修 改稿 日期 2 0 0 71 21 8 图 2 a 为柱塞螺帽式注脂接头； 图2 b 为两片式注脂接头； 图 2 C 为单片式注脂接头； 图 2 d 为单片式双止回阀注脂接头； 图 2 e 为盖帽式单 向阀注脂接头； 图2 f 为 F L O W WO L F式 注脂接头。 a j C o c j d j e j f j 图 2常用的注脂接头类型 目前， 球阀最常用的是 F L O W WO L F式注脂接头， 盖帽式 单向阀的注脂接头的应用也较广泛。 2 管道球阀的密封原理和特点 天然气管道上基本使用固定轴式的球阀。目前， 固定轴式 球阀通常有两种阀座设计 一种是下游阀座 自泄放式设计； 另 一 种为双活塞效应 D P E 的设计。这两种都具有双截断密封 作用。 当具有下游自泄放功能的阀门处于关闭状态时， 管线压力 作用在上游阀座环的外表面， 使阀座环紧靠在球体上。如果介 质从上游阀座泄漏到阀腔中， 当阀腔内的压力超出下游管线压 力2 0 0 P s i 1 ． 4 M P a 时， 下游阀座将脱离球体使阀腔的压力 向 阀门的下游泄放， 见图3 。 具有双活塞效应设计的球阀在正常情况下 ， 压力作用于阀 座密封圈末端的外侧， 这种力将迫使阀座密封圈向阀体靠近挤 压， 从而在阀座密封圈和阀体之问形成密封， 图4 a 中是以箭 头进行 的标识 。 维普资讯 第3期 朱喜平等 长输天然气管道球阀的结构特点与应用 3 7 图 3 下游自泄放原理 如果阀座发生泄漏， 压力将直接进入阀体内部， 该压力作 用于阀座密封圈上游密封面的内侧 ， 并紧紧挤压阀座密封圈上 部。同时， 这种力将迫使阀座密封圈向阀体靠近挤压， 从而在 阀座密 封圈和阀体之间形成有效 的密封 ， 见图 4 b 、 图 4 e 。 圈 图 4 双活塞效应原理 图 3 管道球阀的工程应用 西气东输、 陕京管道和忠武线等长输管线 目前所用球阀既 有 自泄放式的球阀， 也有双活塞效应的球阀。自泄放式的典型 代表是 C a m e r o n 3 1型球 阀， 具有双活塞效应的典型代表为 G r o v e B～ 5球阀。另外还有一种单阀座的轨道式球阀应用较 多 ， 典型代表是美国 O r b i t 球阀。 3 ． 1 C a me r o n球 阀 C a m e r o n全焊接球阀将轻质高强的锻钢阀门部件与紧凑的 球型阀体设计于一体。全焊接阀门具有最大的强度和最小 的 质量 ， 并具有最大的抵抗管线压力和应力的能力 。紧凑球型 的阀体设计避免了阀体联接法兰 ， 因此减小了阀门外形尺寸并 根除了泄漏渠道， C a me r o n全焊接阀门主要有 3 1型、 3 2型和 3 3 型。 C a m e r o n球阀属于固定式球 阀， 即通过顶部轴承和底部轴 承共同作用将球体固定在某一位置 ， 而阀杆直接与顶部轴承相 连接 ， 具有双截断和 自泄式 的结构。其最大的特点是旋转 阀 座， 软密封为嵌入式尼龙， 阀座后的推力弹簧为碟式弹簧。旋 转式阀座密封圈结构具有使受损的阀座密封面和对应的球体 受损面在旋转的作用下相互错开 ， 从而减小泄漏通道的通过能 力 ， 注入密封脂后增加了密封的可靠性。球体每旋转 9 0 。 ， 阀座 旋转 1 5 。 ， 当阀门开关 2 4次时， 阀座密封圈完成一个 3 6 0 。 的全 旋。由于这种球阀独特的密封和结构设计 ， 内漏的很少。 3 ． 2 G r o v e B一 5球 阀 G r o v e 球阀种类较多， 常用的主要有 B一5和 B一8两种类 型， B一 5的应用比较广泛， B一5的阀腔内有平衡孔 如图 5所 示 。G r o v e B一5型球阀具有双截断和双活塞效应的设计结构。 由于 G r o v e B一5 球 阀具有独特的球体顶部钻孔结构 ， 因此 在进行阀腔的排污工作时， 要求 G r o v e B一5球阀必须处于全关 的状态以保证 阀腔的排污工作安全。这种球阀相对 C a m e r o n 球阀较为便宜， 使用效果较好， 得到广泛的应用。 3 ． 3 Or b i t 球 阀 图5 Gr o v eB- 5球 阀结构 轨道式球阀的密封结构比较特殊， 它是一种单阀座双向密 封的球阀， 阀芯堆焊硬密封面 ，阀杆与阀芯连接部位采用凸轮 结构，以便驱动阀芯脱离或贴合阀座 ，驱动方式有手动和 自 动。它综合了闸阀、 球阀、 截止 阀和旋塞阀的优点 ， 具有免维 护、 自清洗和零泄漏 以及在线修理的显著特点， 最为突出的优 点是密封面不产生磨损或被擦伤。特殊的设计保证零泄漏， 一 般用在计量站计量管路出口处， 价格比较昂贵。 4 天然气管道球阀应用中的注意事项 1 根据球阀不同的结构特点， 制订不同的维护保养方案 和计划， 并严格执行 ， 对阀门进行定期维护和保养， 确保阀门阀 座密封面和球体完好。 2 在对密封要求较高的地方 ， 要采用双活塞效应的球阀； 对于要求零泄漏的地方， 可考虑使用轨道式球阀。 3 在具有 自泄放功能的球 阀的下游作业时 ， 为了保证安 全， 在作业前要打开阀门的排污嘴来放掉阀腔压力， 解除 自泄 放功能 。 4 在具有双活塞效应的阀体上安装泄放装置， 要对泄放 装置的可靠性和设定值进行周期性检查 ， 同时为了保证阀门更 好的密封效果 ， 建议 E t 常工况下将阀腔放空。 5 在使用的过程中， 注脂接头功能有可能失效， 在管线或 阀门带压的情况下， 拆卸阀门密封注脂接头是非常危险的， 要维 修或更换注脂嘴， 只有在阀体和相连的管线泄压后方可进行。 6 对管道阀门进行排污操作时， 一定要注意， 部分阀门的 排污操作只有在阀门全关的状态下才能进行。 7 管道球阀的主密封基本上都是软密封， 使用过程中要 避免铁屑、 焊渣和沙砾等杂质进入主密封， 否则会划伤密封， 出 现 内漏 。 参考 文献 [ 1 j 章华友， 陈元芳． 球阀设计与选用． 北京 北京科学技术出版社， 1 9 9 4． [ 2 j 林元茂． 管道球阀故障及应对措施． 茂名学院学报， 2 0 0 7 ， 1 7 4 2 12 4． [ 3 ] 朱喜平． 天然气管道球阀的维护及故障排除技术． 天然气工业， 2 0 0 5 ， 2 5 7 1 0 21 0 4 ． [ 4 ] 刘峰， 刘志广， 朱坤锋． 西气东输工程线路截断阀设置与选型． 石 油规划设计 ， 2 0 0 1 ， 1 2 2 91 0 ． [ 5 ] 高惠， 侯晓辉． 管道球阀密封原理及泄漏分析． 油气储运， 2 0 0 6 ， 2 5 3 5 7 6 0 ． 作者简介 朱喜平 1 9 7 4 一 ， 硕士 ， 研 究方 向为长输 天然气 管道 的运行 和管理 维普资讯